JP2021016127A

JP2021016127A - 無線通信システム、無線通信方法及び送信装置

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Publication number: JP2021016127A
Application number: JP2019131056A
Authority: JP
Inventors: 衆太上野; Shuta Ueno; 吉岡　正文; Masabumi Yoshioka; 正文吉岡; 小野　優; Masaru Ono; 優小野; 努立田; Tsutomu Tatsuta; 文明前原; Fumiaki Maehara
Original assignee: Waseda University; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Current assignee: Waseda University; Nippon Telegraph and Telephone Corp
Priority date: 2019-07-16
Filing date: 2019-07-16
Publication date: 2021-02-12
Anticipated expiration: 2039-07-16
Also published as: JP7302787B2

Abstract

【課題】伝送速度及び伝送品質を維持しつつ、帯域外漏洩電力を低減する。【解決手段】送信装置は、送信信号を複数のキャリアに対して分離する分離部と、分離部が分離した送信信号をキャリアごとに変調する複数の変調部と、複数の変調部が変調した送信信号それぞれに対し、送信周波数帯域における中心側のキャリアの振幅に比べて、送信周波数帯域における低周波側及び高周波側のキャリアの振幅が小さくなるように正規化する複数の正規化部と、複数の正規化部が正規化した送信信号それぞれを合成する合成部と、合成部が合成した送信信号を送信する送信部とを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信システム、無線通信方法及び送信装置に関する。

マルチキャリア伝送方式の無線通信システムには、シングルキャリア伝送方式に比べて、キャリアごとに等化器の負担を軽減することができるというメリットがある。従来のマルチキャリア伝送では、各キャリアの振幅を均等にして信号を送信している。

マルチキャリア伝送は、ビット誤り率特性を劣化させるフェージングだけでなく、周波数特性に起因する装置の不完全性を補償することに有効であるとされている（例えば非特許文献１参照）。また、直交周波数分割多重（ＯＦＤＭ）においては、クリッピングとフィルタリングによって性能を改善する方法が知られている（例えば非特許文献２参照）。また、プリディストータによってＯＦＤＭシステムにおける非線形歪を補償する技術が知られている（例えば非特許文献３参照）。

斉藤洋一著、「ディジタル無線通信の変復調」、電子情報通信学会、平成８年２月１０日、p.201-207 Xiaodong Li et al， "Effects of Clipping and Filtering on the performance of OFDM", 47th IEEE Vehicular Technology Conference 1997, May. 1997, p.1634-1638 Shuta UWANO et al, "Linearized Constant Peak-Power Coded OFDM Transmission for Broadband Wireless Access Systems", IEICE TRANS. COMMUN., VOL. E82-B, NO. 12 DECEMBER 1999

マルチキャリア伝送方式の無線通信システムは、各キャリアの振幅を均等にして信号を送信しているため、送信装置の増幅器等によって帯域外漏洩電力が発生し、隣接チャネルに干渉を与えていた。そのため、従来は、信号の振幅のピーク値を瞬間的に抑えて歪補償する等の対策がなされていたが、伝送品質特性が瞬間的に劣化してしまうという問題があった。

本発明は、伝送速度及び伝送品質を維持しつつ、帯域外漏洩電力を低減することができる無線通信システム、無線通信方法及び送信装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様にかかる無線通信システムは、送信装置がマルチキャリア伝送方式によって送信した送信信号を受信装置が受信信号として受信する無線通信システムにおいて、前記送信装置は、送信信号を複数のキャリアに対して分離する分離部と、前記分離部が分離した送信信号をキャリアごとに変調する複数の変調部と、複数の前記変調部が変調した送信信号それぞれに対し、送信周波数帯域における中心側のキャリアの振幅に比べて、送信周波数帯域における低周波側及び高周波側のキャリアの振幅が小さくなるように正規化する複数の正規化部と、複数の前記正規化部が正規化した送信信号それぞれを合成する合成部と、前記合成部が合成した送信信号を送信する送信部とを有することを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる無線通信方法は、送信装置がマルチキャリア伝送方式によって送信した送信信号を受信装置が受信信号として受信する無線通信方法において、送信信号を複数のキャリアに対して分離する分離工程と、分離した送信信号をキャリアごとに変調する変調工程と、変調した送信信号それぞれに対し、送信周波数帯域における中心側のキャリアの振幅に比べて、送信周波数帯域における低周波側及び高周波側のキャリアの振幅が小さくなるように正規化する正規化工程と、正規化した送信信号それぞれを合成する合成工程と、合成した送信信号を送信する送信工程とを含むことを特徴とする。

また、本発明の一態様にかかる送信装置は、送信信号を複数のキャリアに対して分離する分離部と、前記分離部が分離した送信信号をキャリアごとに変調する複数の変調部と、複数の前記変調部が変調した送信信号それぞれに対し、送信周波数帯域における中心側のキャリアの振幅に比べて、送信周波数帯域における低周波側及び高周波側のキャリアの振幅が小さくなるように正規化する複数の正規化部と、複数の前記正規化部が正規化した送信信号それぞれを合成する合成部と、前記合成部が合成した送信信号を送信する送信部とを有することを特徴とする。

本発明によれば、伝送速度及び伝送品質を維持しつつ、帯域外漏洩電力を低減することができる。

一実施形態にかかる送信装置の構成例を示す図である。複数の正規化部が正規化する送信周波数帯域における電力スペクトラムを概念的に示す図である。複数の正規化部が正規化した周波数スペクトラム特性の具体例を示すグラフである。複数の正規化部による正規化の標準偏差に対する通信路容量を例示するグラフである。他の実施形態にかかる送信装置の構成例を示す図である。他の実施形態にかかる受信装置の構成例を示す図である。マルチキャリア伝送方式によって信号を送信する送信装置の構成の概要を例示する図である。マルチキャリア伝送方式によって送信された信号を受信する受信装置の構成の概要を例示する図である。

まず、本発明がなされるに至った背景について、図７，８を用いて説明する。図７は、マルチキャリア伝送方式によって信号を送信する送信装置１の構成の概要を例示する図である。送信装置１は、例えば分離部１０、ｎ個の変調部１１−１〜１１−ｎ、合成部１２、送信部１３、及び増幅部１４を有する。

分離部１０は、送信信号を例えばｎ個のキャリアに対して分離し、分離したｎ個の送信信号を変調部１１−１〜１１−ｎに対してそれぞれ出力する。

変調部１１−１〜１１−ｎは、分離部１０が分離したｎ個の送信信号をそれぞれキャリアごとに変調し、変調したｎ個の送信信号を合成部１２に対して出力する。

合成部１２は、変調部１１−１〜１１−ｎが変調したｎ個の送信信号を合成し、合成した送信信号を送信部１３に対して出力する。

送信部１３は、例えばＨＰＡ（High Power Amplifier）などを備える増幅部１４を介して、送信部１３が合成した送信信号をマルチキャリア伝送方式によって送信する。

図８は、マルチキャリア伝送方式によって送信された信号を受信する受信装置２の構成の概要を例示する図である。受信装置２は、例えば受信部２０、分離部２１、ｎ個の復調部２２−１〜２２−ｎ、ｎ個の等化器２３−１〜２３−ｎ、及び合成部２４を有する。

受信部２０は、送信装置１がマルチキャリア伝送方式によって送信した信号を受信し、受信信号を分離部２１に対して出力する。

分離部２１は、受信部２０から入力された受信信号をキャリアごとにｎ個に分離し、分離したｎ個の受信信号を復調部２２−１〜２２−ｎに対してそれぞれ出力する。

復調部２２−１〜２２−ｎは、分離部２１が分離したｎ個の受信信号をそれぞれキャリアごとに復調し、復調したｎ個の受信信号を等化器２３−１〜２３−ｎに対してそれぞれ出力する。

等化器２３−１〜２３−ｎは、復調部２２−１〜２２−ｎから入力された受信信号をそれぞれ補償し、補償したｎ個の受信信号を合成部２４に対して出力する。

合成部２４は、等化器２３−１〜２３−ｎから入力されたｎ個の受信信号を合成することにより、送信装置１が送信した送信信号を復元する。

このように、送信装置１及び受信装置２は、送信装置１がマルチキャリア伝送方式によって送信した送信信号を受信装置２が受信信号として受信する無線通信システムを構成する。

ここで、送信装置１が各キャリアの振幅を均等にして信号を送信している場合、増幅部１４等によって帯域外漏洩電力が発生し、隣接チャネルに干渉を与えることがある。そこで、送信装置１は、帯域外漏洩電力を低減するために、合成部１２の後段に振幅圧縮回路と、プリディストータなどの非線形歪補償回路が設けられる場合がある。しかし、送信装置１は、クリッピング処理によって送信信号の振幅を抑圧し、非線形歪補償回路によって増幅部１４における歪を抑えた場合、ピーク値が抑えられるため、伝送品質が低下することがあった。

次に、伝送速度及び伝送品質を維持しつつ、帯域外漏洩電力を低減する送信装置についてさらに説明する。

図１は、一実施形態にかかる送信装置１ａの構成例を示す図である。図１に示すように、送信装置１ａは、例えば分離部１０、ｎ個の変調部１１−１〜１１−ｎ、ｎ個の正規化部１５−１〜１５−ｎ、合成部１２、送信部１３、及び増幅部１４を有する。

つまり、送信装置１ａは、図７に示した送信装置１に対し、変調部１１−１〜１１−ｎと合成部１２との間に正規化部１５−１〜１５−ｎが設けられた構成となっている。また、図１に示した送信装置１ａにおいて、図７に示した送信装置１の構成と実質的に同一の構成には同一の符号が付してある。

正規化部１５−１〜１５−ｎは、変調部１１−１〜１１−ｎが変調したｎ個の送信信号をそれぞれ正規化し、正規化したｎ個の送信信号を合成部１２に対して出力する。より具体的には、正規化部１５−１〜１５−ｎは、例えば変調部１１−１〜１１−ｎが変調した送信信号それぞれに対し、送信周波数帯域における中心側のキャリアの振幅に比べて、送信周波数帯域における低周波側及び高周波側のキャリアの振幅が小さくなるように正規化する。

図２は、正規化部１５−１〜１５−ｎが正規化する送信周波数帯域における電力スペクトラムを概念的に示す図である。図２に示すように、正規化部１５−１〜１５−ｎは、変調部１１−１〜１１−ｎが変調した送信信号の振幅に対し、それぞれ重みづけを行って正規化を行う。

より具体的には、正規化部１５−１〜１５−ｎは、変調部１１−１〜１１−ｎが変調した送信信号それぞれに対し、送信周波数帯域における中心側のキャリアの振幅に比べて、送信周波数帯域における低周波側及び高周波側のキャリアの振幅が小さくなるように正規化する。

例えば、正規化部１５−１〜１５−ｎは、合成信号のスペクトラムの総電力を一定にして、キャリアの振幅を標準偏差がσである正規分布ｐ（ｘ）にする。正規分布ｐ（ｘ）は、下式（１）によって表される。

次に、正規化部１５−１〜１５−ｎを備えた送信装置１ａの動作の具体例について説明する。図３は、正規化部１５−１〜１５−ｎが正規化した周波数スペクトラム特性の具体例を示すグラフである。図４は、正規化部１５−１〜１５−ｎによる正規化の標準偏差に対する通信路容量を例示するグラフである。

図３に示したように、標準偏差σが小さくなるほど、送信周波数帯域の中心側のキャリアに電力が集中し、帯域外漏洩電力が削減される。一方、図４に示したように、通信路容量は、標準偏差σが１．５よりも小さくなると、大きく減少する傾向がある。よって、正規化部１５−１〜１５−ｎによる正規化の標準偏差σは、１．５程度に設定されることが好ましい。

そして、合成部１２は、正規化部１５−１〜１５−ｎが正規化した送信信号それぞれを合成する。つまり、送信装置１ａは、上述した送信装置１（図７）に代えて用いられることにより、伝送速度及び伝送品質を維持しつつ、帯域外漏洩電力を低減する無線通信システムを構成することができる。

次に、他の実施形態にかかる送信装置について説明する。図５は、他の実施形態にかかる送信装置１ｂの構成例を示す図である。図５に示すように、送信装置１ｂは、例えば誤り訂正符号化部１６、スクランブル部１７、分離部１０、ｎ個の変調部１１−１〜１１−ｎ、ｎ個の正規化部１５−１〜１５−ｎ、合成部１２、送信部１３、及び増幅部１４を有する。

つまり、送信装置１ｂは、図１に示した送信装置１ａに対し、分離部１０の前段に誤り訂正符号化部１６及びスクランブル部１７が設けられた構成となっている。また、図５に示した送信装置１ｂにおいて、図１に示した送信装置１ａの構成と実質的に同一の構成には同一の符号が付してある。

誤り訂正符号化部１６は、送信信号に誤り訂正を行って符号化し、符号化した送信信号をスクランブル部１７に対して出力する。スクランブル部１７は、誤り訂正符号化部が符号化した送信信号の符号化系列に対してスクランブルをかけ、分離部１０に対して出力する。

上述したように、正規化部１５−１〜１５−ｎが正規化を行った場合、送信周波数帯域における低周波側及び高周波側（両端側）のキャリアは、送信周波数帯域における中心側のキャリアよりも振幅が小さいため、誤りが発生しやすい。このため、スクランブル部１７は、送信周波数帯域の両端側で発生する誤りを振幅が大きい中心側のキャリアの誤り訂正能力によって補償するために、発生する誤りをばらけさせるようにスクランブルをかけている。

このように、誤り訂正符号化部１６が全てのキャリアに対して施した誤り訂正がスクランブル部１７によって全てのキャリアに分配されるように混ぜ合わされるので、送信装置１ｂは、正規化部１５−１〜１５−ｎが正規化したキャリアの振幅の正規分布によるキャリア電力のアンバランスを補完することができる。

そして、分離部１０は、スクランブル部１７がスクランブルをかけた送信信号の符号化系列を例えばｎ個のキャリアに対して分離し、分離したｎ個の送信信号を変調部１１−１〜１１−ｎに対してそれぞれ出力する。

次に、他の実施形態にかかる受信装置について説明する。図６は、他の実施形態にかかる受信装置２ａの構成例を示す図である。図６に示すように、受信装置２ａは、例えば受信部２０、分離部２１、ｎ個の復調部２２−１〜２２−ｎ、ｎ個の等化器２３−１〜２３−ｎ、合成部２４、デスクランブル部２５、及び誤り訂正復号部２６を有する。

つまり、受信装置２ａは、図８に示した受信装置２に対し、合成部２４の後段にデスクランブル部２５及び誤り訂正復号部２６が設けられた構成となっている。そして、受信装置２ａは、送信装置１ｂがマルチキャリア伝送方式によって送信した送信信号を受信する。また、図６に示した受信装置２ａにおいて、図８に示した受信装置２の構成と実質的に同一の構成には同一の符号が付してある。

デスクランブル部２５は、合成部２４が合成した受信信号に対し、スクランブル部１７（図５）がかけたスクランブルに対応するデスクランブルを行い、デスクランブル後の受信信号を誤り訂正復号部２６に対して出力する。

誤り訂正復号部２６は、デスクランブル部２５がデスクランブルを行った受信信号に対し、誤り訂正符号化部１６が行った誤り訂正と符号化に対応する誤り訂正と復号を行い、送信装置１ｂが送信した送信信号を復元する。

つまり、送信装置１ｂ及び受信装置２ａは、伝送速度及び伝送品質を維持しつつ、帯域外漏洩電力を低減し、送信装置１ｂがマルチキャリア伝送方式によって送信した送信信号を受信装置２ａが受信信号として受信する無線通信システムを構成する。

なお、上述した送信装置１，１ａ，１ｂ、及び受信装置２，２ａを構成する各部は、一部又は全部が、ハードウェアによって構成されてもよいし、メモリ等に記憶されたプログラムをプロセッサに実行させることによって構成されてもよい。

また、送信装置１，１ａ，１ｂ、及び受信装置２，２ａを構成する各部は、一部又は全部がプログラムをプロセッサに実行させることによって構成されている場合、当該プログラムが記録媒体に記録されて供給されてもよいし、ネットワークを介して供給されてもよい。

１，１ａ，１ｂ・・・送信装置、２，２ａ・・・受信装置、１０・・・分離部、１１−１〜１１−ｎ・・・変調部、１２・・・合成部、１３・・・送信部、１４・・・増幅部、１５−１〜１５−ｎ・・・正規化部、１６・・・誤り訂正符号化部、１７・・・スクランブル部、２０・・・受信部、２１・・・分離部、２２−１〜２２−ｎ・・・復調部、２３−１〜２３−ｎ・・・等化器、２４・・・合成部、２５・・・デスクランブル部、２６・・・誤り訂正復号部

Claims

送信装置がマルチキャリア伝送方式によって送信した送信信号を受信装置が受信信号として受信する無線通信システムにおいて、
前記送信装置は、
送信信号を複数のキャリアに対して分離する分離部と、
前記分離部が分離した送信信号をキャリアごとに変調する複数の変調部と、
複数の前記変調部が変調した送信信号それぞれに対し、送信周波数帯域における中心側のキャリアの振幅に比べて、送信周波数帯域における低周波側及び高周波側のキャリアの振幅が小さくなるように正規化する複数の正規化部と、
複数の前記正規化部が正規化した送信信号それぞれを合成する合成部と、
前記合成部が合成した送信信号を送信する送信部と
を有することを特徴とする無線通信システム。
複数の前記正規化部は、
複数の前記変調部が変調した送信信号それぞれに対し、送信周波数帯域におけるキャリアの振幅の大きさが正規分布となるように正規化すること
を特徴とする請求項１に記載の無線通信システム。
前記送信装置は、
送信信号に誤り訂正を行って符号化する誤り訂正符号化部と、
前記誤り訂正符号化部が符号化した送信信号の符号化系列に対し、スクランブルをかけるスクランブル部と
をさらに有し、
前記分離部は、
前記スクランブル部がスクランブルをかけた送信信号の符号化系列を複数のキャリアに対して分離すること
を特徴とする請求項１又は２に記載の無線通信システム。
前記受信装置は、
前記送信装置から受信した受信信号にかけられたスクランブルをデスクランブルするデスクランブル部と、
前記デスクランブル部がデスクランブルした受信信号に誤り訂正を行って復号する誤り訂正復号部と
を有することを特徴とする請求項３に記載の無線通信システム。
送信装置がマルチキャリア伝送方式によって送信した送信信号を受信装置が受信信号として受信する無線通信方法において、
送信信号を複数のキャリアに対して分離する分離工程と、
分離した送信信号をキャリアごとに変調する変調工程と、
変調した送信信号それぞれに対し、送信周波数帯域における中心側のキャリアの振幅に比べて、送信周波数帯域における低周波側及び高周波側のキャリアの振幅が小さくなるように正規化する正規化工程と、
正規化した送信信号それぞれを合成する合成工程と、
合成した送信信号を送信する送信工程と
を含むことを特徴とする無線通信方法。
送信信号を複数のキャリアに対して分離する分離部と、
前記分離部が分離した送信信号をキャリアごとに変調する複数の変調部と、
複数の前記変調部が変調した送信信号それぞれに対し、送信周波数帯域における中心側のキャリアの振幅に比べて、送信周波数帯域における低周波側及び高周波側のキャリアの振幅が小さくなるように正規化する複数の正規化部と、
複数の前記正規化部が正規化した送信信号それぞれを合成する合成部と、
前記合成部が合成した送信信号を送信する送信部と
を有することを特徴とする送信装置。